CN108215907A - 电池管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池管理系统和方法，所述电池管理系统包括第一采样装置、第二采样装置集和第三采样装置，其中：第一采样装置、第二采样装置集和第三采样装置分别在多个采样周期内对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至第一采样装置进行处理；本发明在对现有的电池管理系统最小化硬件改动要求前提下，使用一种低成本的系统解决方案，仅使用电池管理系统中已有的CAN总线通讯来进行握手协调，实现多个系统监控对象的同步信息采集，采集同步性可以达到小于等于10ms以内。

Description

电池管理系统及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电池管理系统及方法。
背景技术
图1为基于电池管理系统(BMS)控制的高压电池供电系统的典型架构图，BMS的主要功能是对当前高压电池剩余电量、可支持(高压回路)的功率输出能力、允许的电流输入输出能力等信号进行采样，并提供给车辆控制器，以及控制和诊断高压回路(即高压电池供电系统)的继电器K1，进一步给负载40供电；要完成这些功能，BMS需要实时采集高压回路的电流，电池包总电压以及电池单体的电压。
在目前的电池管理系统中，高压电池的功率输出能力计算准确度是行业中的一个较大的难题，很大程度上取决于高压电池剩余电量的估算精度，在电池管理系统中应用多种先进的滤波和自学习算法，进行关键参数的在线辨识是目前的一个技术应用趋势。但是高精度的滤波和自学习算法应用到嵌入式系统中，存在一个较为难达到的工程应用需求，即在线观测参数的采样精度和时域同步性，特别是时域同步性这一点，在某些电池类型下，会达到ms级别。
而现有产品上，为了满足高精度算法所需要的在线观测参数(高压回路电流，电池单体电压，电池包总电压等)达到同步性的要求，一般会采用较为昂贵的采集单元集成到一个系统组件的方式，如高压回路电流和电池包总电压都使用一个智能传感器实现，或者高压回路电流和电池单体电流都使用单体采集控制器(CMC)实现，这使得整个系统成本都大幅上升，在系统灵活性上也大大降低。
而如果采集信息的单元来自于不同的系统组件，如高压回路电流来自于电流传感器(CVS)，电池单体电压来自于单体信息采集单元CMC控制器，电池包总电压来自于电池管理系统BMC的总控制器，获取到的观测参数通过总线发送给电池管理系统的主控制器单元(BMC)，由BMC主控制器汇总。由于各个系统组件的采集系统需要根据自身控制系统时钟来制定采集和发送周期，且有的电池管理系统中单体信息采集单元CMC的数量最多可能能达到十多个，系统同步性很难实现，从而无法满足满足高精度的同步性要求，进而使用高精度算法得出精确的剩余电量评估。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池管理系统及方法，以实现电动汽车电池管理系统在线观测参数的时域同步性统一。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电池管理系统，所述电池管理系统包括第一采样装置、第二采样装置集和第三采样装置，其中：
所述第一采样装置、所述第二采样装置集和所述第三采样装置分别在多个采样周期内对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置进行处理；在每个所述采样周期中：
在第一时刻，所述第一采样装置开始采集第一信号，形成第一采样信号，所述第一采样装置同时向所述第二采样装置集和所述第三采样装置发送采样触发同步通知；
在第二时刻，所述第二采样装置集收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第二信号，形成第二采样信号；
在第三时刻，所述第三采样装置收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第三信号，形成第三采样信号；
在第四时刻，所述第三采样装置结束对所述第三信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第五时刻，所述第三采样装置结束向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第六时刻，所述第二采样装置集结束对所述第二信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第二采样信号；
在第七时刻，所述第二采样装置集结束向所述第一采样装置发送所述第二采样信号，所述第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储。
可选的，在所述的电池管理系统中，所述电池管理系统连接一高压电池供电系统，所述高压电池供电系统包括多个多个电池单体，所述高压电池供电系统为负载供电，并与所述负载形成回路。
可选的，在所述的电池管理系统中，所述第一信号为高压电池供电系统的供电电压，所述第二信号为多个电池单体的供电电压，所述第三信号为高压电池供电系统的回路电流。
可选的，在所述的电池管理系统中，所述第一采样装置和所述第二采样装置集为包含有AD转换模块的控制器，所述第三采样装置为电流传感器。
可选的，在所述的电池管理系统中，所述第三时刻到所述第四时刻之间的时间小于等于8ms～12ms，所述第二时刻到所述第六时刻之间的时间小于等于8ms～12ms。
可选的，在所述的电池管理系统中，所述第一时刻至所述第七时刻依次发生，或者所述第七时刻比所述第五时刻提前发生。
可选的，在所述的电池管理系统中，所述采样触发同步通知、所述第二采样信号和所述第三采样信号通过CAN总线传输；
或者，所述采样触发同步通知通过硬线信号传输，所述第二采样信号和所述第三采样信号通过CAN总线传输。
可选的，在所述的电池管理系统中，所述第一采集装置在8ms～12ms内结束对所述第一信号的采集，所述第一采集装置在第一时刻发生1ms内触发对所述第二采集装置集和第三采集装置的采集。
本发明还提供一种电池管理方法，包括：
第一采样装置、第二采样装置集和第三采样装置分别在多个采样周期内对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置进行处理；在每个所述采样周期中：
在第一时刻，所述第一采样装置开始采集第一信号，形成第一采样信号，所述第一采样装置同时向所述第二采样装置集和所述第三采样装置发送采样触发同步通知；
在第二时刻，所述第二采样装置集收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第二信号，形成第二采样信号；
在第三时刻，所述第三采样装置收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第三信号，形成第三采样信号；
在第四时刻，所述第三采样装置结束对所述第三信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第五时刻，所述第三采样装置结束向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第六时刻，所述第二采样装置集结束对所述第二信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第二采样信号；
在第七时刻，所述第二采样装置集结束向所述第一采样装置发送所述第二采样信号，所述第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储。
可选的，在所述的电池管理方法中，第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储包括：对所述第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号进行采样周期的倍数的编码数组存储模式存储。
在本发明提供的电池管理系统及方法中，通过在每个采样周期内，第一采样装置同时向第二采样装置集和第三采样装置发送采样触发同步通知，且第二采样装置集和第三采样装置同时在每个周期内完成采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置进行处理，实现了以第一采样装置作为同步触发源，以采样同步周期需求为触发周期，对另两个装置的组件通过CAN总线进行采集触发同步通知，并对采集到的数据进行采集周期倍数的编码数组存储模式，管理同步性数据。
本发明在对现有的电池管理系统最小化硬件改动要求前提下，使用一种低成本的系统解决方案，仅使用电池管理系统中已有的CAN总线通讯来进行握手协调，实现多个系统监控对象的同步信息采集，采集同步性可以达到<＝10ms以内，结合高精度核心算法，可以使得电池管理系统能达到更高精度的剩余电量评估能力。
当系统中的总线传输延迟时间过大，导致无法满足第一采样装置的采样同步性要求时，应考虑替代方案，使用硬线信号(硬线传输)来实现第一采样装置(电池管理系统BMC的总控制器)对第二采样装置集(单体信息采集控制器CMC)和第三采样装置(电流传感器)的同步性要求触发实现。
附图说明
图1是现有的电池管理系统示意图；
图2是本发明一实施例电池管理系统示意图；
图3是本发明另一实施例电池管理系统示意图；
图4是本发明另一实施例电池管理系统示意图；
图5是本发明一实施例电池管理方法示意图；
图中所示：10-第一采样装置；20-第二采样装置集；30-第三采样装置；40-负载。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电池管理系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种电池管理系统及方法，以实现电动汽车电池管理系统在线观测参数的时域同步性统一。
为实现上述思想，本发明提供了一种电池管理系统及方法，所述电池管理系统包括第一采样装置、第二采样装置集和第三采样装置，其中：所述第一采样装置、所述第二采样装置集和所述第三采样装置分别在多个采样周期内对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置进行处理；在每个所述采样周期中：在第一时刻，所述第一采样装置开始采集第一信号，形成第一采样信号，所述第一采样装置同时向所述第二采样装置集和所述第三采样装置发送采样触发同步通知；在第二时刻，所述第二采样装置集收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第二信号，形成第二采样信号；在第三时刻，所述第三采样装置收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第三信号，形成第三采样信号；在第四时刻，所述第三采样装置结束对所述第三信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；在第五时刻，所述第三采样装置结束向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；在第六时刻，所述第二采样装置集结束对所述第二信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第二采样信号；在第七时刻，所述第二采样装置集结束向所述第一采样装置发送所述第二采样信号，所述第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储。
<实施例一>
本实施例提供一种电池管理系统，如图2～4所示，所述电池管理系统包括第一采样装置10、第二采样装置集20和第三采样装置30，其中：所述第一采样装置10、所述第二采样装置集20和所述第三采样装置30分别在多个采样周期内(如图2中的T1、T2等)对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置10进行处理；在每个所述采样周期(例如图2中的采样周期T1)中：在第一时刻t1，所述第一采样装置10开始采集第一信号，形成第一采样信号，所述第一采样装置10同时向所述第二采样装置集20和所述第三采样装置30发送采样触发同步通知；在第二时刻t2，所述第二采样装置集20收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第二信号，形成第二采样信号；在第三时刻t3，所述第三采样装置30收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第三信号，形成第三采样信号；在第四时刻t4，所述第三采样装置30结束对所述第三信号的采集，并向所述第一采样装置10发送所述第三采样信号；在第五时刻t5，所述第三采样装置30结束向所述第一采样装置10发送所述第三采样信号；在第六时刻t6，所述第二采样装置集20结束对所述第二信号的采集，并向所述第一采样装置10发送所述第二采样信号；在第七时刻t7，所述第二采样装置集20结束向所述第一采样装置10发送所述第二采样信号，所述第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储。
具体的，在所述的电池管理系统中，所述电池管理系统连接一高压电池供电系统，所述高压电池供电系统包括多个多个电池单体，所述高压电池供电系统为负载供电，并与所述负载形成回路。所述第一信号为高压电池供电系统的供电电压，所述第二信号为多个电池单体的供电电压，所述第三信号为高压电池供电系统的回路电流。所述第一采样装置10和所述第二采样装置集20均为包含有AD转换模块的控制器，例如，第一采样装置为电池管理系统BMC的总控制器(以下简称为BMC)，数量为1个，第二采样装置集为单体信息采集控制器CMC，且由于高压电池的数量为多个，每个高压电池都需要一个CMC来对应检测，因此CMC的数量为多个，例如图5中的标识为CMCx，所述第三采样装置30为电流传感器，优选的，数量为1个。
进一步的，在所述的电池管理系统中，由于系统期望达到同步性要求在10ms以内，每个采样周期(T1或T2，T1＝T2)的时间优选的控制在8ms～12ms内，因此所述第三时刻t3到所述第四时刻t4之间的时间小于等于8ms～12ms，即第三采样装置30的采样时间应保持在8ms～12ms内，优选的，为10ms；同样，所述第二时刻t2到所述第六时刻t6之间的时间小于等于8ms～12ms，即第二采样装置集20的采样时间应保持在8ms～12ms内，优选的，为10ms；在第二时刻t2和第三时刻t3中，有可能第三时刻先发生，即第三采样装置30比第二采样装置集20先开始采集信号，也有可能第二时刻先发生，即第二采样装置集20比第三采样装置30先开始采集信号，在第六时刻t6和第四时刻t4中，有可能第六时刻t6先发生，即第二采样装置集20比第三采样装置30先完成采集信号，也有可能第四时刻t4先发生，即第三采样装置30比第二采样装置集20先完成采集信号；在第七时刻t7和第五时刻t5中，有可能所述第七时刻t7比所述第五时刻t5提前发生，即第二采样装置集20比第三采样装置30先完成发送信号，也有可能所述第五时刻t5比第七时刻t7所述提前发生，即第三采样装置30比第二采样装置集20先完成发送信号。
在本实施例中，优选的，假设第二采样装置集20先收到采样触发同步通知，但其采样时间较长，由第三采样装置30先完成采集信号，并发给第一采样装置10，即所述第一时刻t1至所述第七时刻t7依次发生。所述第一采样装置10在第一时刻t1开始采集第一信号，形成第一采样信号，且在8ms～12ms(优选的，为10ms)内结束对所述第一信号的采集，所述第一采集装置在第一时刻发生1ms内触发对所述第二采集装置集和第三采集装置的采集。
如图3所示，在所述的电池管理系统中，所述采样触发同步通知、所述第二采样信号和所述第三采样信号通过CAN总线传输(图3中连接在第一采样装置和第二采样装置集、第三采样装置之间的线分别为CAN_H和CAN_L)；或者，如图4所示，所述采样触发同步通知通过硬线信号传输，所述第二采样信号和所述第三采样信号通过CAN总线传输(图4中连接在第一采样装置和第二采样装置集、第三采样装置之间的线分别为CAN_H、CAN_L和传输硬线信号的硬线)。
综上，上述实施例对电池管理系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
<实施例二>
本实施例还提供一种电池管理方法，包括：第一采样装置10、第二采样装置集20和第三采样装置30分别在多个采样周期内对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置10进行处理；在每个所述采样周期中：在第一时刻t1，所述第一采样装置10开始采集第一信号，形成第一采样信号，所述第一采样装置10同时向所述第二采样装置集20和所述第三采样装置30发送采样触发同步通知(即S1：BMC发送触发采样CAN信号)；可选的所述电池管理方法还包括：所述第一采样装置10在第一时刻t1开始采集第一信号，形成第一采样信号，且在8ms～12ms(优选的，为10ms)内结束对所述第一信号的采集(即S2：BMC采样总电压信息)。在第二时刻t2，所述第二采样装置集20收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第二信号，形成第二采样信号(即S3：CMCx获取到采样触发信号；S4：CMCx采样单体电压和温度等信息)；在第三时刻t3，所述第三采样装置30收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第三信号，形成第三采样信号(即S5：CVS获取到采样触发信号；S6：CVS采样电流信息)；在第四时刻t4，所述第三采样装置30结束对所述第三信号的采集，并向所述第一采样装置10发送所述第三采样信号(即S7：CVS发送采样信息给BMC)；在第五时刻t5，所述第三采样装置30结束向所述第一采样装置10发送所述第三采样信号；在第六时刻t6，所述第二采样装置集20结束对所述第二信号的采集，并向所述第一采样装置10发送所述第二采样信号(即S8：CMCx发送采样信息给BMC)；在第七时刻t7，所述第二采样装置集20结束向所述第一采样装置10发送所述第二采样信号，所述第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储。
具体的，第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储包括：对所述第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号进行采样周期的倍数的编码数组存储模式存储。
之后，所述电池管理方法还包括：S9：BMC获取采样信息，并汇总；S10：BMC判断获取到的采样信息是否有效，若有效，则跳转到S11：以周期倍数为单位编码存储采样信息；若无效，则跳转到S1，从一个新的采样周期重新开始。
在本发明提供的电池管理系统及方法中，通过在每个采样周期内，第一采样装置10同时向第二采样装置集20和第三采样装置30发送采样触发同步通知，且第二采样装置集20和第三采样装置30同时在每个周期内完成采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置10进行处理，实现了以第一采样装置10作为同步触发源，以采样同步周期需求为触发周期，对另两个装置的组件通过CAN总线进行采集触发同步通知，并对采集到的数据进行采集周期倍数的编码数组存储模式，管理同步性数据。
本发明在对现有的电池管理系统最小化硬件改动要求前提下，使用一种低成本的系统解决方案，仅使用电池管理系统中已有的CAN总线通讯来进行握手协调，实现多个系统监控对象的同步信息采集，采集同步性可以达到<＝10ms以内，结合高精度核心算法，可以使得电池管理系统能达到更高精度的剩余电量评估能力。
当系统中的总线传输延迟时间过大，导致无法满足第一采样装置10的采样同步性要求时，应考虑替代方案，使用硬线信号(硬线传输)来实现第一采样装置10(电池管理系统的总控制器)对第二采样装置集20(单体信息采集控制器)和第三采样装置30(电流采集模块)的同步性要求触发实现。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括第一采样装置、第二采样装置集和第三采样装置，其中：
所述第一采样装置、所述第二采样装置集和所述第三采样装置分别在多个采样周期内对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置进行处理；在每个所述采样周期中：
在第一时刻，所述第一采样装置开始采集第一信号，形成第一采样信号，所述第一采样装置同时向所述第二采样装置集和所述第三采样装置发送采样触发同步通知；
在第二时刻，所述第二采样装置集收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第二信号，形成第二采样信号；
在第三时刻，所述第三采样装置收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第三信号，形成第三采样信号；
在第四时刻，所述第三采样装置结束对所述第三信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第五时刻，所述第三采样装置结束向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第六时刻，所述第二采样装置集结束对所述第二信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第二采样信号；
在第七时刻，所述第二采样装置集结束向所述第一采样装置发送所述第二采样信号，所述第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储。
2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统连接一高压电池供电系统，所述高压电池供电系统包括多个多个电池单体，所述高压电池供电系统为负载供电，并与所述负载形成回路。
3.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一信号为高压电池供电系统的供电电压，所述第二信号为多个电池单体的供电电压，所述第三信号为高压电池供电系统的回路电流。
4.如权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一采样装置和所述第二采样装置集为包含有AD转换模块的控制器，所述第三采样装置为电流传感器。
5.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述第三时刻到所述第四时刻之间的时间小于等于8ms～12ms，所述第二时刻到所述第六时刻之间的时间小于等于8ms～12ms。
6.如权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一时刻至所述第七时刻依次发生，或者所述第七时刻比所述第五时刻提前发生。
7.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述采样触发同步通知、所述第二采样信号和所述第三采样信号通过CAN总线传输；
或者，所述采样触发同步通知通过硬线信号传输，所述第二采样信号和所述第三采样信号通过CAN总线传输。
8.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一采集装置在8ms～12ms内结束对所述第一信号的采集，所述第一采集装置在第一时刻发生1ms内触发对所述第二采集装置集和第三采集装置的采集。
9.一种电池管理方法，其特征在于，包括：
第一采样装置、第二采样装置集和第三采样装置分别在多个采样周期内对第一信号、第二信号和第三信号进行采样，并将采样结果提供至所述第一采样装置进行处理；在每个所述采样周期中：
在第一时刻，所述第一采样装置开始采集第一信号，形成第一采样信号，所述第一采样装置同时向所述第二采样装置集和所述第三采样装置发送采样触发同步通知；
在第二时刻，所述第二采样装置集收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第二信号，形成第二采样信号；
在第三时刻，所述第三采样装置收到所述采样触发同步通知，开始采集所述第三信号，形成第三采样信号；
在第四时刻，所述第三采样装置结束对所述第三信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第五时刻，所述第三采样装置结束向所述第一采样装置发送所述第三采样信号；
在第六时刻，所述第二采样装置集结束对所述第二信号的采集，并向所述第一采样装置发送所述第二采样信号；
在第七时刻，所述第二采样装置集结束向所述第一采样装置发送所述第二采样信号，所述第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储。
10.如权利要求9所述的电池管理方法，其特征在于，第一采集装置对第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号做同步编码存储包括：对所述第一采样信号，第二采样信号和第三采样信号进行采样周期的倍数的编码数组存储模式存储。
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